Doğal ve Endüstriyel Mineral Katkılar İçeren Betonların Tasarımı, Mekanik Özelikleri ve Dürabilitesi Özkan Şengül Mehmet Ali Taşdemir İTÜ İnşaat Fakültesi Tel: (212) 285 37 56, 285 37 70 E-Posta: osengul@ins.itu.edu.tr, tasdemir@itu.edu.tr İlker Koç Muhittin Tarhan Teoman Erenoğlu Akçansa Çimento San. Ve Tic. A.Ş. Tel: (212) 866 10 63 ilker.koc@akcansa.com.tr, muhittin.tarhan@akcansa.com.tr, teoman.erenoglu@akcansa.com.tr Öz Çimentonun bir kısmının doğal veya endüstriyel mineral katkılar ile yerdeğiştirilmesiyle üretilen betonlar giderek yaygınlaşmaktadır. Bu malzemeler ile taze ve sertleşmiş beton özeliklerinde iyileşme sağlanmaktadır. Kullanılan puzolanın kimyasal yapısı, tane boyut dağılımı, inceliği, puzolanik aktivitesi beton özeliklerini etkileyen önemli etkenlerdir. Sunulan bu çalışmada İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Anabilim Dalında puzolanik malzemelerin beton özeliklerine etkileri konusundaki tamamlanmış veya yürütülmekte olan bazı araştırma projelerinin sonuçları irdelenmektedir. Anahtar sözcükler: Uçucu kül, Öğütülmüş yüksek fırın cürufu, Silis dumanı, Metakaolin, Tras. Giriş Cembureau verilerine göre 2006 yılı dünya toplam çimento üretimi 2,5 milyar ton olmuştur ve bu değerin 2030 yılında 2,8 milyar tona ulaşacağı tahmin edilmektedir. Çimento üretiminin önemli çevresel etkileri bulunmaktadır. Bir ton Portland çimentosu üretimi sonucunda yaklaşık bir ton CO 2 gazı açığa çıkar, bunun yanında zararlı bazı diğer gazlar da atmosfere salıverilmektedir. Çimento üretimine bağlı olarak dünya çapında yıllık yaklaşık 1,4 milyar ton CO 2 üretilmektedir ve bu miktar dünyadaki yıllık CO 2 üretiminin yaklaşık % 7 sini oluşturmaktadır (Mehta, 2002). Bu sera gazı emisyonunun yaklaşık yarısı çimento üretimi sırasında kalkerin pişirilmesi sonucu açığa çıkarken diğer yarısı da üretim enerjisi için fosil yakıtların yakılması sonucu oluşur. Çimento endüstrisi de çevreye verdiği zararı azaltmak için çalışmalar yapmaktadır. Ayrıca, betonun ana bileşenlerinden olan çimentonun maliyetinin beton maliyetinde önemli bir yer tuttuğu da bilinmektedir. 291
Çevreye verilen zararların azaltılması ve çimento maliyetlerinin düşürülmesi amacıyla daha verimli üretim teknolojileri araştırılmakta ve uygulanmaktadır. Daha çevre dostu ve düşük enerji gerektiren çimentoların gelişmesi, üretim süreçlerinde tasarrufların yapılması, malzemelerin daha verimli kullanımı, yapıların ve kentsel altyapının servis ömürlerinin uzatılması, geri kazanım ve çeşitli atık malzemelerin kullanımıyla birlikte çimento ve betonun çevreye verdiği zararların azalacağı beklenmektedir. Çimentonun bir kısmının çeşitli mineral malzemelerle yerdeğiştirilerek katkılı çimentolar üretilmesiyle hem daha ekonomik, hem de daha çevreyle uyumlu beton üretimi gündemdedir. Günümüzde Portland çimentosunun pazarda en büyük paya sahip olmasına rağmen katkılı çimento üretim ve kullanımının ileri yıllarda daha da artarak devam edeceği tahmin edilmektedir. Çimento ve beton endüstrisinde kullanılmakta olan puzolanik malzemelerden uçucu kül ve yüksek fırın cürufu ülkemizde çok miktarda bulunmaktadır. Bunların yanında tras, silis dumanı, metakaolin gibi çeşitli mineral malzemelerin kullanılması da söz konusudur. Uçucu kül, termik santrallerde kömürün yakılması sonucu, bacalardan çıkan külün toplanması ile elde edilen bir atık malzemedir. Uçucu külün kimyasal bileşimi ve özelikleri kullanılan kömürün yapısı ve bileşimine ve külün oluştuğu yakılma işlemine bağlı olarak değişir. Uçucu külün inceliği puzolanik aktivitesini önemli ölçüde etkiler. Uçucu külller, F tipi ve C tipi olarak sınıflandırılabilir. Türkiye de aktif olarak çalışan 12 adet termik santral vardır. Ancak, bunlardan sadece 1 tanesinden (Çatalağzı Termik Santrali den) F tipi uçucu kül elde edilmektedir, diğer tüm santrallere ait küller ise C tipidir. Ülkemizdeki yıllık uçucu kül üretim kapasitesi yaklaşık 15 milyon ton civarındadır. Öğütülmüş Yüksek Fırın Cürufu (ÖYFC) ise, demir üretimi sırasında ortaya çıkan bir yan üründür. Ham demir üretiminde atık malzeme olarak elde edilen yüksek fırın cürufu yüksek fırınlarda, daha hafif olmasından dolayı, ham demirin üzerinde yer alır. Demir filiz gangı, kok ve kireçtaşının yanma sonrası atıkları yüksek fırın cürufunu meydana getiriler. Yüksek fırın cürufunun Portland çimentosunun inceliğine yakın derecede öğütülerek çimento ve beton endüstrisinde kullanılabilir. Cürufun soğutulma işleminin, camsı malzeme içeriğinin ve inceliğinin puzolanik aktiviteyi önemli derecede etkilediği bilinmektedir. Silis dumanı tane boyutları portland çimentosu tanelerine göre yaklaşık 100 kat daha küçüktür ve ortalama tane çapları 0,1 0,2 μm civarındadır. Çok yüksek inceliği ve yüksek puzolanik reaktivitesi nedeniyle silis dumanının betonun iç yapısına önemli etkileri vardır. Silis dumanı kullanımıyla birlikte betonun boşluk yapısında iyileşme sağlanabilir ve betonda en zayıf halka olan agrega çimento hamuru güçlendirilebilir. Mineral malzemelerin arayüzey özeliklerini iyileştirmede iki temel etken vardır; puzolanik etki ve boşlukları dolduma etkisi. Farklı tane boyutlarında malzemelerin seçilmesiyle daha sıkı bir tane dizilişi elde edilerek boşluk oranı azaltılabilir ve bunun sonucu mekanik özelikler iyileştirilebilir. Betonda kullanımı son yıllarda giderek artan metakaolin ise uygun kilin yüksek sıcaklıklarda kalsine edilmesi sonucu elde edilir. Reaktif silis içeren bu malzemenin tane boyutları ve puzolanik reaktivitesi silis dumanına benzer. Uçucu kül, öğütülmüş yüksek fırın cürufu ve silis dumanı bir endüstriyel üretim sonucunda oluşan atık ya da yan ürün olarak elde edilen malzemelerdir. Metakaolin ise kilin işlemden geçirilmesiyle elde edilir. Bu nedenle tüm bu puzolanik malzemeler yapay veya endüstriyel mineral katkı olarak sınıflandırılabilir. Tras ise bunlardan farklı olarak doğal bir puzolandır ve ülkemizin çeşitli bölgelerinde bulunmaktadır. 292
Üstün mekanik özeliklere ve yüksek dürabiliteye sahip yüksek performanslı beton elde edebilmek için puzolanik malzemelerin kullanılması etkili yöntemlerden bir tanesidir. Çimentonun bir bölümünün bu malzemelerle yerdeğiştirilmesi taze ve sertleşmiş haldeki beton özeliklerini iyileştirirken çimento miktarında azalma sağlayabildiği için beton maliyetini de düşürebilir. Kullanılan puzolanik malzemenin kimyasal yapısı, tane boyut dağılımı, inceliği ve puzolanik aktivitesi beton özeliklerini etkileyen önemli etkenlerdir. Bunlara ilave olarak kür koşulları da puzolan içeren betonlarda büyük öneme sahiptir. Sunulan bu çalışmada İ.T.Ü. İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Anabilim Dalında tamamlanmış veya yürütülmekte olan puzolanik malzemelerin beton özeliklerine etkileri konusundaki bazı araştırma projelerinin sonuçları irdelenmektedir. Söz konusu çalışmaların temel amacı mineral katkı malzemeleri kullanılarak yüksek dayanımlı ve yüksek dürabilite özeliklerine sahip betonlar elde etmektir. Çalışmalarda farklı özeliklerde puzolanik malzemeler kullanılarak beton ve harç numuneleri hazırlanmış ve farklı yaşlarda mekanik ve dürabilite özelikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirilerek optimum karışım oranları belirlenmiştir. Mineral Katkıların Mekanik Özeliklere Etkileri Uçucu küllerin beton özeliklerine etkilerini incelemek amacıyla yapılan bir çalışmada Çatalağzı termik santralinden elde edilen F tipi uçucu kül kullanılarak üretilen numunelerde basınç dayanımlarının gelişimi incelenmiştir (Demir ve diğ., 2002). Çalışmada uçucu kül bilyalı değirmende farklı sürelerde öğütülerek Blaine yüzey alanı 222 m 2 / kg dan 4 m 2 /kg a kadar değişen 5 farklı incelikte uçucu kül elde edilmiştir. Aynı bileşime sahip ancak farklı inceliklerde uçucu kül içeren harç karışımlarının basınç dayanımları Şekil 1 de verilmektedir. Ağırlıkça %30 oranında uçucu kül içeren bu karışımlarda uçucu kül inceliği arttıkça basınç dayanımları da artmaktadır. Örneğin 28. günde; Blaine yüzey alanı 222 m 2 / kg olan kül içeren karışımın basınç dayanımı 33,5 MPa iken inceliği 4 m 2 /kg olan karışımın basınç dayanımı 50,7 MPa a ulaşmıştır. Basınç Dayanımı, MPa 20 0 0 50 100 150 200 Kür süresi, gün B.Y.A: 222 m2/kg B.Y.A: 337 m2/kg B.Y.A: 4 m2/kg B.Y.A: 538 m2/kg B.Y.A: 4 m2/kg Şekil 1. Uçucu kül inceliğinin basınç dayanımına etkisi. 293
Uçucu külün inceliğinin yanında kullanım oranı da betonun özeliklerini etkilemektedir. Yapılan diğer bir çalışmada ise çimento çok ince öğütülmüş (Blaine yüzeyi alanı 4 m 2 /kg) uçucu kül ile % 70 a kadar kısmi yer değiştirilmiş ve üretilen harçların çeşitli yaşlarda basınç dayanımları elde edilmiştir (Şengül ve diğ., 2005a). Şekil 2 de görüldüğü gibi özellikle erken yaşlarda, uçucu kül miktarı arttıkça basınç dayanımları azalmaktadır. Daha ileri yaşlarda ise belirli bir orana kadar dayanımlar yaklaşık aynı kalmakta ancak daha yüksek oranlarda azalma görülmektedir. Örneğin 56 gün ve sonraki yaşlarda; % yer değiştirme oranına kadar uçucu kül içeren numunelerin dayanımları uçucu kül içermeyenler ile aynı hatta daha yüksek olmaktadır. Bu miktarın ötesinde ise dayanımda düşüş görülmektedir. 1 1 2 gün 7 gün 28 gün 56 gün 120 gün 365 gün Basınç dayanımı, MPa. 120 100 20 0-10 0 10 20 30 50 70 Uçucu kül oranı, % Şekil 2. Uçucu kül miktarının basınç dayanımına etkisi. Öğütülmüş yüksek fırın cürufu kullanılarak üretilen betonların basınç dayanımı gelişiminde de uçucu küllerdeki duruma benzer bir sonuç elde edilmiştir. Blaine yüzey alanı 0 m 2 / kg olan öğütülmüş yüksek fırın cürufu kullanılarak yapılan çalışmada portland çimentosu % a kadar çeşitli oranlarda cüruf ile kısmi yerdeğiştirilerek basınç dayanımları belirlenmiş ve elde edilen sonuçlar Şekil 3 de gösterilmiştir. Bu sonuçlarda 7 günlük dayanımlar incelenirse; sadece portland çimentosu içeren betonların basınç dayanımları 65 MPa iken % oranında ince öğütülmüş yüksek fırın cürufu içeren betonların dayanımlarının 53 MPa olduğu görülür. 7. günde basınç dayanımındaki azalma sadece %20 kadardır. 28. günde ise söz konusu dayanım azalması % 11 olup, % oranında ince öğütülmüş yüksek fırın cürufunun basınç dayanımı 66,1 MPa dır ve bu beton yüksek dayanımlı beton olarak sınıflandırlabilir. Şekilden de görüldüğü gibi 1. günde ise ince öğütülmüş yüksek fırın cürufu içeren betonların dayanımları normal betonun dayanımından bir miktar yüksektir. 294
90 Basınç dayanımı, MPa. 70 1 gün 28 gün 7 gün 50 0 % 1 0 0 20S % 220 % 3 % 4 5 Yüksek fırın cürufu, % Şekil 3. Öğütülmüş yüksek fırın cürufu oranının basınç dayanımına etkisi. Şekil 4 de öğütülmüş yüksek fırın cürufu inceliğinin beton basınç dayanımına etkisi verilmektedir (Taşdemir ve diğ., 1998). Bu çalışmada aynı yüksek fırın cürufu farklı inceliklerde öğütülmüş, ardından aynı bileşimlere sahip betonlar üretilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi inceliğin artmasıyla birlikte basınç dayanımları da artmıştır. Puzolanik reaksiyon tanelerin yüzeyinde başlar. Öğütme sonucu daha büyük yüzey değerleri elde edilir ve buna bağlı olarak puzolanik reaksiyon da artar. Mineral katkıların filler etkilerinin puzolanik etki kadar önemli olduğu ortaya konmuştur; hatta bazı araştırmacılara göre filler etkisi puzolanik etkiden daha önemlidir (Goldman ve Bentur, 1993). Basınç dayanımı, MPa. 55 50 45 2 2 2 300 320 3 3 3 Blaine özgül yüzeyi, m 2 /kg Şekil 4. Öğütülmüş yüksek fırın cürufu inceliğinin beton basınç dayanımına etkisi. 295
Silis dumanı ve metakaolinin etkilerini incelemek amacıyla çimento ağırlıkça %8 ve %16 oranlarında silis dumanı ve metakaolin ile kısmi yerdeğiştirilmiş ve 2, 7 ve 28. günlerde basınç dayanımları belirlenmiştir (Hamalı ve diğ., 2007). İki günlük dayanımlar karşılaştırıldığında silis dumanı veya metakaolin içeren numunelerin basınç dayanımlarının sadece portland çimentosu kullanılarak üretilen numunelerden düşük olduğu görülmüştür. Ancak, yerdeğiştirme oranı %8 den %16 ya yükseltildiğinde 2 günlük dayanımlardaki düşüş belirginleşmektedir. Örneğin, %16 oranında silis dumanı ile üretilmiş karışımların dayanımları kontrol karışımından %19 daha düşüktür. Şekil 5 de gösterildiği gibi ileri yaşlarda ise silis dumanı veya metakaolin içeren karışımların basınç dayanımları sadece Portland çimentosu ile üretilmiş karışımlardan % 10 ila % 20 daha yüksektir. Basınç dayanımı, MPa. 70 50 30 0 5 10 15 20 25 30 Kür süresi, gün PÇ M8 M16 S8 S16 Şekil 5. Silis dumanı ve metakaolinin basınç dayanımına etkisi İnce öğütülmüş (Blaine özgül yüzey alanı: 5 m 2 /kg) tras kullanılarak üretilen harç karışımlarının basınç dayanımları ise Şekil 6 da verilmektedir. Tras oranının artmasıyla birlikte özellikle ileri yaşlarda basınç dayanımlarında bir miktar artma olduğu görülmektedir. 90 Basınç dayanımı, MPa. 70 50 2 gün 7 gün 14 gün 28 gün -8 0 8 16 24 32 Tras oranı, % Şekil 6. Tras oranının harç basınç dayanımına etkisi 296
Mineral Katkıların Dürabilite Özeliklerine Etkileri Betonun dürabilitesi boşluk miktarı ve yapısı ile yakından ilgilidir. Boşluk miktarı ve boşlukların birbirleri ile olan bağlantıları arttıkça çeşitli zararlı malzemelerin ve suyun beton içine girmesi ve taşınımı kolaylaşır. Bunun sonucu olarak ise beton daha kolay hasar görür. Betonun durabilitesinin arttırılarak daha uzun servis ömürlerine sahip yapılar elde edilebilmesi için öncelikle betonun boşluk miktarının azaltılması gereklidir. Betonun su/çimento oranının düşürülmesiyle birlikte betondaki kılcal boşluklar azalmaktadır. Kılcal boşlukların azalması sonucu ise betonun dayanımı artar ve geçirimliliği düşer. Uygun özeliklerdeki puzolanik malzemelerin betonda kullanımıyla da boşlukların azaltılması mümkündür. Puzolan çimentonun hidratasyonu sonucu açığa çıkan kireç ile reaksiyona girerek kalsiyum silikat oluşturur. Bunun sonucu betonun boşluk yapısı değişir. Su/çimento oranı ve puzolanik malzemelerin etkilerinin incelendiği bir çalışmada (Şengül ve diğ., 2005b), çimentonun bir bölümü ince öğütülmüş yüksek fırın curufu veya uçucu kül ile yüksek yer değiştirme oranlarında yerdeğiştirilmiştir. Söz konusu çalışmadan elde edilen sonuçlar betonda uygun özelikte puzolan kullanımının su/çimento oranının azaltılmasına göre çok daha etkili olduğunu ortaya koymuştur. Su/çimento oranının düşürülmesi sonucu klor geçirimliliklerinde 2-3 kat azalma elde edilirken puzolan kullanılan betonlardaki geçirimlilik değerleri 10 ila 20 kat arasında azalmıştır. Betonda mineral katkı kullanımı sertleşmiş çimento hamurunun boşluk yapısını değiştirir; daha ince bir boşluk yapısı oluşur, toplam boşluk miktarı azalır ve daha yoğun bir iç yapı elde edilir. Şekil 7 ince öğütülmüş yüksek fırın cürufunun elektriksel özdirence etkisini göstermektedir. Cüruf içeriği arttıkça özdirencin hızlı bir biçimde artması betonun daha boşluksuz bir hale geldiğini göstermektedir. 120 Özdirenç, Kohm.cm. 100 20 0 20 Yüksek fırın cürufu, % Şekil 7. Öğütülmüş yüksek fırın cürufu oranının elektriksel özdirence etkisi Şekil 3 de verilen deney sonuçları incelenirse, sadece portland çimentosu ile üretilen betonun 28 günlük basınç dayanımının 74,5 MPa, çimentonun % oranında ince öğütülmüş cüruf ile yerdeğiştirilen C karışımının dayanımının ise 66,1 MPa olduğu görülür. Aynı karışımlara ait Şekil 7 de verilen elektriksel özdirençlerde ise; Portland çimentolu karışımın özdirenci 30 Kohm.cm, C karışımının ise 110 Kohm.cm dir. 297
Bağlayıcı olarak sadece Portland çimentosu içeren betonun basınç dayanımı yüksek olmasına rağmen elektriksel özdirenci en düşüktür. Yüksek oranda cüruf ile üretilmiş C karışımının ise basınç dayanımı düşük olmasına rağmen özdirenci kontrol karışımından 4 kat yüksektir. Elde edilen bu sonuçlar istenilen dürabilite özeliklerinin sağlanabilmesi için sadece yüksek basınç dayanımı elde edilmesinin yetersiz olduğunu göstermektedir. Sadece basınç dayanımının yüksek olmasının dürabilite özeliklerinin de yüksek olacağı anlamına gelmediği sonucuna varılabilir. Yüksek basınç dayanımlı betonu yüksek performanslı beton olarak sınıflandırmak doğru bir yaklaşım değildir. Betonda metakalin kullanımının klor geçirimliliğine etkisi Şekil 8 de gösterilmektedir. Sadece portland çimentosu içeren betonlarda su/çimento oranınn 0,45 den 0,35 e düşürülmesi sonucunda klor geçirimliliği 1968 coulomb dan 1320 coulomba azalmıştır. Su/çimento oranı 0,45 olan betonda çimentonun %8 oranında metakaolin ile yerdeğiştirmesi durumunda bu değer 559 Coulomb dur. Aynı su/bağlayıcı oranı için %16 oranında metakaolin içeren betonlarda ise klor geçirimliliği daha da azalarak 110 Colulomb olmuştur ve elde edilen bu değer ASTM C1202 standardında verilen sınıflandırmaya göre klor geçirimliliği ihmal edilebilir betonlar sınıfına çok yakındır. Elde edilen bu deneysel sonuçlar da betonda uygun puzolan kullanımının su/çimento oranının azaltılmasına göre daha etkili olduğunu ortaya koymaktadır. Hızlı klor geçirimliliği, Coulomb. 2000 1500 1000 500 0 su/bağlayıcı oranı 0,45 su/bağlayıcı oranı 0,35 0 8 16 Metakaolin içeriği, % Şekil 8. Metakaolinin klor geçirimliliğine etkisi Silis dumanı ve metakaolinin elektriksel özdirence etkileri ise Şekil 9 da verilmektedir. Görüldüğü gibi ilk birkaç gündeki özdirençler birbirlerine oldukça yakın iken daha sonraki günlerde metakaolin veya silis dumanı içeren karışımların özdirençleri çok daha yüksektir. Örneğin, 28. günde %16 metakaolin içeren karışımın özdirenci kontrol karışımından yaklaşık 7 kat fazladır. Şekil 8 ve 9 incelenirse özdirenç klor geçirimliliği ilişkisi görülebilir. Özdirenç arttıkça klor geçirimliliği azalmaktadır. Elektriksel özdirenci etkileyen en önemli faktörlerden bir tanesi betonun boşluk yapısıdır. Çeşitli zararlı maddelerin beton içerisine girişi ve taşınımı da yine beton boşluk yapısıyla ilgilidir. Özdirencin artması beton içyapı özeliklerinin iyileştiğinin ve boşluk miktarının azaldığının göstergesidir. Bu nedenle özdirenç ölçümleri betonun kalite kontrolü için kullanılabilecek bir yöntemdir. 298
Özdirenç, kohm.cm. 120 100 20 0 PÇ M8 M16 S8 S16 0 5 10 15 20 25 30 Kür süresi, gün Şekil 9. Metakaolin ve silis dumanının elektriksel dirence etkisi Mineral Katkıların Optimum Kullanım Oranlarının Belirlenmesi Uygun özelikere sahip doğal veya endüstriyel mineral katkıların betonda kullanımının mekanik özeliklere ve dürabiliteye etkileri yukarıda özetlenmiştir. Elde edilen sonuçlar uçucu kül veya yüksek fırın cürufu içeren betonların basınç dayanımlarının özellikle erken yaşlarda normal betona göre düşük olduğunu göstermektedir. Uygun kür koşulları sağlanmasıyla birlikte mineral katkı içeren karışımların basınç dayanımları özellikle sonraki yaşlarda kontrol betonuna göre yüksek olmaktadır. Silis dumanı veya metakaolin içeren betonların erken yaşlardaki dayanımları ise normal betona yakındır. Mineral katkı içeren karışımların sonraki yaşlardaki geçirimlilik özelikleri ise sadece portland çimentosu içeren karışımlara göre çok daha azdır. Bu betonların geçirimlilikleri normal betona göre 20 kata varan oranlarda düşük çıkmaktadır. Uzun servis süresine sahip bir yapı için öncelikle durabilitesi yüksek beton kullanılmalıdır. Bunun için ise betonun basınç dayanımının yüksek, geçirimliliğin ise düşük olması istenir. Daha ekonomik bir karışım elde etmek için maliyetin minimum tutulması da amaçlanır. Dayanım, geçirimlilik, maliyet ve bazı durumlarda diğer çeşitli kriterleri aynı anda gözönünde bulunduran bir optimizasyon yöntemi kullanılarak uygun karışım özelikleri belirlenebilir. Böylece verilen sınırlamalar için en uygun bileşim elde edilir. Optimizasyon için çeşitli kriterler bir arada gözönüne alınarak eldeki veriler ve çözülmek istenilen probleme bağlı olarak farklı optimizasyon yöntemleri kullanılabilir. Üretilecek betonların basınç dayanımlarının maksimum, hızlı klor geçirimliliği ve maliyetlerinin ise minimum yapılması için kullanılabilecek yöntemlerden bir tanesi çok amaçlı simültane optimizasyon tekniğidir. Yapılan bir çalışmada çimento %70 oranına kadar farklı oranlarda ince öğütülmüş uçucu kül ile kısmen yerdeğiştirilmiş ve üretilen karışımların basınç dayanımları ile klor geçirimlilikleri elde edilmiştir (Şengül ve diğ., 2003). Bu sonuçlar kullanılarak optimum karışım oranları belirlenmiştir. Çalışmada beton basınç dayanımının maksimum, hızlı klor geçirimliliği ve maliyetinin ise minimum olması temel kriterler olarak seçildi. Kullanılan çok amaçlı simültane optimizasyon sonucu en uygun yerdeğiştirme oranı % olarak belirlenmiştir. Çimentonun % oranında ince öğütülmüş uçucu kül ile yerdeğiştirilmesi sonucunda dayanım maksimum, klor geçirimliliği ve maliyet ise minimum olmaktadır. İnce öğütülmüş yüksek fırın cürufu içeren betonlar üzerinde yapılan diğer bir çalışmada ise %50 oranında cüruf içeren karışım optimum bileşim 299
olarak belirlenmiştir (Şengül ve diğ., 2005b). Silis dumanı veya metakaolin içeren karışımlarda ise bu malzemelerin optimum kullanım oranları çok daha azdır. Çimentonun bir bölümünün %16 ya kadar silis dumanı veya metakaolin ile kısmen yerdeğiştirmenin yapıldığı deneysel bir çalışmanın sonunda optimum bileşimin % 8 silis dumanı içeren karışımın olduğu görülmüştür. Sonuçlar Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibi özetlenebilir. 1. Puzolanik malzemelerin inceliği beton performansını önemli oranda etkilemektedir. Öğütmeye bağlı olarak tane yüzey alanı arttıkça puzolanik aktivite de artmakta, bunun sonucunda daha yüksek basınç dayanımları elde edilebilmektedir. 2. Mineral katkı içeren karışımların dayanımları erken yaşlarda bir miktar daha düşük olabilmektedir, ancak uygun kür koşulları sağlanırsa sonraki yaşlarda bu betonların dayanımları kontrol karışımlarına yakın veya daha yüksek çıkmaktadır. 3. Beton geçirimliliğini azaltmak amacıyla mineral katkı kullanılması su/çimento oranının azaltılmasına göre çok daha etkilidir. 4. Mineral katkıların kullanım oranları da beton performansını önemli oranlarda etkilemektedir. Uçucu kül ve öğütülmüş yüksek fırın cürufu betonda yüksek oranlarda kullanılabilirken, silis dumanı ve metakaolin düşük oranlarda kullanılsa bile yeterince etkili olmaktadır. Uygun karışım oranlarını belirlemek için çeşitli optimizasyon teknikleri uygulanabilir. Kaynaklar Demir, M., Erenoğlu, T., Ekim, H. ve Taşdemir, M.A. (2002) Effects of Fineness and Amount of Fly Ash on Strength Development of Concrete. Fifth International Congress on Advances in Civil Engineering, İstanbul, Goldman. A. ve Bentur, A. (1993) The Influence of Microfiller on Enhancement of Concrete Strength. Cement and Concrete Research, Vol.23, pp.962-972. Hamalı, Y., Şengül, Ö., Koç, İ., Tarhan, M., Erenoğlu, T. ve Taşdemir, M.A. (2007) Mechanical and Permeability Properties of Concretes with Metakaolin and Silica Fume. TCMA 3 rd Int. Symposium, Sustainability in Cement & Concrete, Istanbul, pp.9-419. Mehta, P.K. (2002) Greening of the Concrete Industry for Sustainable Development. Concrete International, July, pp.23-28. Şengül, Ö., Taşdemir, M.A. ve Sönmez, R. (2003) Yüksek Oranda Uçucu Kül İçeren Normal ve Yüksek Dayanımlı Betonların Klor Geçirimliliği. 5. Ulusal Beton Kongresi, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, s. 75-85. Şengul, Ö., Taşdemir, C., ve Taşdemir, M.A. (2005a) Mechanical Properties and Rapid Chloride Permeabilites of Concretes with Ground Fly Ash. ACI Materials Journal, Vol. 102, No.6, pp. 414-421. Şengül, Ö., Taşdemir, M.A. ve Yüceer, Z. (2005b) Uçucu Kül ve Cüruf İçeren Betonların Klor Geçirimliliğine Karşı Optimizasyonu. 6. Ulusal Beton Kongresi, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası İstanbul Şubesi, İstanbul, s.181-190. Taşdemir, M.A., Taşdemir, C., Hacikamiloğlu, M., Özbek, E. ve Altay, B. (1998) Fineness Effect of GGBS on the Mechanical Properties of Concrete. 12th European Ready Mixed Concrete Congress, Lisbon, pp.6-672. 300